TWI361469B - Chemical vapor deposited silicon carbide articles - Google Patents

Description

1361469 九、發明說明： » ' 【發明所屬之技術領域】 . 本發明係針對化學氣相沉積之碳化矽物件。更特別的 • 是，本發明針對具有改良的強度及尺寸公差（dimensional -tolerance)的化學氣相沉積之碳化石夕物件。 【先前技術】 在陶瓷工業中，已知有多種類型的碳化矽。每種類型 是由其製法來分類。每一種方法會提供具有一或更多種不 • 同之物理或結構性質的碳化矽。不同類型之碳化矽的例子 丨 包含：化學氣相沉積之碳化矽、反應黏接之碳化矽、燒結 碳化矽、熱壓碳化矽、以及發泡碳化矽。儘管不同類型的 碳化矽會有一種或更多種重疊的性質，然而彼等是不同 - 的，而且容易使用X光繞射分析與化學分析來區別。各種 碳化矽的應用常常取決於彼等的不同物理及結構性質。 化學氣相沉積之碳化矽（CVD-SiC)有一組性質使得它 0 高度適合用於特殊的材料應用。CVD-SiC有高度的熱傳導 性、化學及氧化穩定性、熱穩定性、硬度、抗到傷性、高 電阻、以及理想的稠密度。CVD_SiC高度適用的應用例子 包含：用於半導體加工的晶舟（wafer boat)、用於濕式清洗 台清洗（wet bench cleaning)的晶圓載具、用於半導體處理 室（semiconductor processing chamber)、光學望遠鏡結構、 光學平台以及端點操控器（end effector)以在裝卸半導體晶 圓於半導體爐管（semi-conductor furnace)時用來夾住半導 體晶圓的器具。 5 94250 136146,9 • 例如，半導體晶圓的加工涉及嚴苛的條件，例如暴露 f- 於腐姓環境，例如腐#性化合物’例如氟化氫（HF)、高溫 .以及快速的熱循環。因此，爐管器具與晶舟需要經得起此 ‘類的嚴苛條件。用於加工半導體晶圓的方法之一涉及快速 熱處理法（RTP)。此類製程是在快速熱退火裝置（rta)中進 行。RTA是以大約數秒的時段由室溫到4〇〇(>c至丨4〇〇〇c 的溫度來處理半導體晶圓。像這樣嚴苛的條件常常導致裂 紋及裂縫形成於器具及晶舟，以及材料由表面剝落至器具 .與晶舟。損壞的器具及晶舟需要更換，而且由表面剝落的 .·材料會污染晶圓而造成損失以及費用的增加。 半導體工業已知CVD-SiC能經得起與半導體加工有 關的嚴苛條件，而且是構造器具及晶舟的優異材料。在 -CVD-SiC之前，石英以及後來的燒結碳化矽是作為器具及 .晶舟的材料。然而，這兩種材料大體不足以忍受嚴苛的加 工條件而且經常必須加以更換。此外，用於晶圓製造的材 •料有熱不相容性（thermal incompatibility)會導致晶圓損傷 而產生損失以及額外的製造費用。 儘官CVD-SiC在特殊的應用中有許多高度合乎需要 的丨生質，然而14些性質中有一些會使得材料難以製成物 件。例如，它的硬度使得CVD_Sic難以機械加工。CVD_Sic 呈現實質上難以製造形狀太複雜以及實際由單一、單項、 沉積片體或塊體製成有龐大體積的物件。CVD_Sic的高密 度（亦即，理論密度）可提供最低至無的孔隙率（p〇r〇shy)。 孔隙率可促進部件與有其他類型之碳化矽（例如，燒結碳化 94250 6 1361469 碎）的黏著劑黏接。 已有人提出數種技術可黏合有不同類型之碳化矽的部 件。其中包括：直接黏接（direct bonding)、共同緻密化 (codensification)夾層與链體（green body)、熱壓（hot pressing)適當的碳化矽粉末、用聚合前驅物（p〇lymeric precursor)黏接、硬焊（brazing)及反應金屬黏接（reactive metal bonding)、加壓燃燒反應，使用及不使用膠帶和微波 焊接（microwave joining)的反應。這些技術由於有一或更多 缺點而在半導體應用上的實用性是限制的，例如使用會污 染爐管環境的填充材料、接頭無法忍受高工作溫度、以及 在焊接加工（joining processing；^間需要極高溫或壓力。 核發給Goela等人的美國專利第5,683,028號揭示一種 用來固定在兩個CVD-SiC部件之間的陽/陰接頭的化學方 法。，專利揭示一種由4支單石CVD_Sic棒體構成的晶 舟。每支棒體有兩個陽性接頭構件，彼等係滑入各個端板 (endplate)的陰性接σ以形成單—物件。接頭是用固態玻璃 膠（S〇lid-State silicon咖㈣固定。接頭塗上呈粉末狀的矽 後加熱直到炼化。然後，冷卻使其凝固以使該等部件固定 在起。可用CVD-SiC塗層來進一步固定該接頭。 "习儘管揭示於美國專利第5,683,〇28號的物件為優於許 • ΐ二，然而此類物件在製造時在接頭處需要 山、一寸Α差。此類尺寸公差通常必須有+/_ 〇.〇1古半 至0.05 t米的精密度。要求愈精 广、 乂使桃洗疋位的誤差餘地會愈少。此類物件 94250 7 的組裝是用不同類型的固定 件對齊。不過，在對齊過^ ^彼4係使物件的不同部 動。β此%中，邛件之間通常會有一 4b運 動k些運動可能會導致-連 從而會使公差範圍增加而超出二牛乂接頭處有些不對齊’ :二接:處產生缺陷’例如間隙。此類間隙會降 的強度，而且導致部件（例 與端板的相對位置而# 道）在連結處會稍微改變 亡合^使晶舟有點傾斜或使端板不在正中。 對彼此之真位置⑽ep。仙。η，τρ)的大小， 二=頭不對齊而使得晶舟實質上毫無用處。在嚴苛 條件下使用該物件常會形成裂縫及裂口。 =τρ會影響物件在半導體晶圓加工時的定位。例 ί晶舟（—a1 Wafer bGat)係經配置成使得一端 盈官中疋擱在基架（pedestal)上。為了達成可接受的晶 0加工’晶舟相對於基架不能偏斜超過數毫米。τρ值 會超過3毫米；然而’曾找到3毫米或更小的丁ρ值，不 過要達到是很手見而且沒有―致性。τρ的理想值為〇。 在晶圓加工之前及期間，間隙也可提供用以收集污产 物質的部位。在晶圓加工之前和之後，清洗製程常常無2 適當地移除此類污染物質因而污染及損傷半導體晶圓:，、 在接頭之間塗上黏著劑以及任何加熱過程（例如，上述 專利）期間，也會影響尺寸公差。再次，把物件之部件連= 在一起的接頭的強度也可能變弱而導致在使用時形成裂= 及裂縫。 ι CVD-SiC通常比其他類型的碳化矽硬些。因此，機械 94250 8 加工C VD-SiC的部件會比機械加 刀丄具他類型的更難。需要 更夕呀間及費用才能在由CVD-SiC制+ μ e n * 要的緊密公差。 ％製成的接頭處達成想 因此，亟須一種改良的化學氣相 供連結物件部件方法。 【發明内容】 在一方面令，提供一種物件，

、”。陶究（sintered ceramics)連結在一 化石夕部件。 兮等……提供一種物件，其係包含多支棒體， 相對端均用燒結陶究連結至各自的端板， ^支棒體與該等端板均為化學氣相沉積之碳化石夕。 ♦亥等户面中提供一種物件，其係包含多支棒體， clanl ^各自端之—端是用燒結陶究接頭（sintered ceramic J0int)連結至背板的其 兮垃々丄 ❿ 沉積之碳化矽物件及 其係包含至少兩個用燒 起的化學氣相沉積之碳 係都用燒-陶宽接鹿：Γ 該多支棒體的相對端 该1以及該支撺軌道均為化學氣相沉積之碳化石夕棒體 在另一方面中，提供一種方法，其係包含· —種或更多種陶瓷的膏肤物 美供已3 加包含該一種或更多^ 0、溶膠（S〇I)或衆料；施 個化學气相”穑”瓷之^膏狀物、溶膠或漿料至兩 個化予虱相况積之碳化矽部件以連結該 ^ 狀物、溶膠或漿料以 ^。，乾耜該貧 _牛且包含該一種或:匕學氣相沉積之碳化 結環繞該兩個化學氣相^種陶X的乾組合物；以及，燒 -相儿積之奴化矽部件且包含該一種或 94250 9 JL3014 ⑽ 更多種陶变的該乾組合物以形成燒結陶曼接頭。 在另一方面中，至少兮’ 少邊化¥軋相沉積之碳化矽物件的 燒結陶竟塗有化學氣相沉積之碳化石夕。 八有用連結在—起的部件的化學氣相沉積之 碳化石夕物件在其組裝期間可保持緊密的公差而且可防 減=接頭形成間隙。陶究係以敗料方式施加於接頭而且 少半導體晶圓在加工期門成的密封。這可防止或減 “ 期間的顆粒污染，降低清洗物件的困 X X及立曰力口接頭的強度從而減少裂紋及裂縫的形成。 =卜技與❹習知由碳切構成㈣件相反，本發明可減 ^的τρ’至少在它們最關鍵對準位置。因此，不必把 配對的部件機械加工成有緊密的公差。 【實施方式】 ^本專利說明書中’除非另有說明，下列縮寫字有以 、1心.C =攝氏度數；=毫米；cm =公分；2 54 公^叫英七一=標準公升/分鐘；托耳=在吖維持 宅米水銀所需要壓力；】毫米水銀=〇〇〇132大氣壓 (㈣，i大㈣=1 •⑴2加q6達因/平方公分· _ =微米； ΡΡΓ十億分率；CVD=化學氣相沉積1=碳化^圓 =均方根；0D=外徑；以及，τρ=真位置。 術浯“真位置”的定義為一個特徵的一點、線或面(通常 心點）相對於一參考基準特徵的理想（正確）位置。術語 早,=，’係指理論密度至少冑98%的單件固體材料。術語“接 頭k指為至少兩個末端 '表面或邊緣相連接的區域。術語 94250 10 連結”係指使多個部件合為一體。 r非=值均為包含在内的且可依任-順序結合， '于、避輯上只能累加至百分之100的數值範圍。 物件包含至少兩個用燒結陶究連結在一 v ，件。對於由碳切（包含CVD_sic)製成的物件形成於 cvD-Sic部件、燒結㈣之間的接頭可提供比許多習知接 j更強的接頭。此類接頭能經得起半導體晶圓加工的嚴苛 “件’而^'有3毫米或更小的TP。另外’ CVD_Sic及燒 =陶究接觀得可以增加之尺寸公差來組裝物件而在接頭 不會形成間隙1而可減少物件在嚴苛的半導體加工條 件下損傷的可能性。 CVD-V，。的、CVD-SlC包含任一本技藝所習知的 1 。此類CVD-SiC通常是金屬雜質總含量為5〇 ppb(或例如30 ppb ’或例如1〇 ppb)的高純度cvD sic。此 類CVD-SiC的材料包含（但不受限於）：石_結晶an a _CVD-!SiC、以》且士 _ • _ 及具有α及万-CVD SiC之混合物的 CVD-SiC。廷包含（但不受限於）：立方石、以及 有立!及“方晶體結構的万_CVD_sic。該可由 本技《所驾知以及揭示於文獻的任一合適方法製成。該 CVD SlC通#疋形成為—單石部件。此類CVD-SiC可具有 至少90%的理論密度。 ’、 .一般用來製成物件之部件的CVD_SiC：為立方結晶 國專利第5,374,412號與第5,354,58G號中有揭 丁用來衣成立方《'结晶CVD_Sic的方法例子。氣態反應 94250 11 1361469 . 物在CVD爐管中沉積於基板（例如，心軸）上以形成單石立 ； 方召-結晶CVD-SiC部件。此類方法提供立方0 -結晶 ’ CVD-SiC，如X光繞射分析所顯示的，其係純立方冷-結晶 ‘ CVD-SiC。在該立方冷-結晶CVD-SiC的X光繞射光譜上 觀察不到六方晶體結構。該立方；5 -結晶CVD-SiC有至少 98%的理論密度。理論密度通常是在98%至99%之間。 可機械加工該等CVD-SiC部件以提供想要的形狀及 粗糙度。可使用習知機械加工法。此類方法已為本技藝所 習知而且可由文獻獲悉。與習知方法相比，由於以連結 CVD_SiC部件與燒結陶瓷材料在一起來製成的物件允許較 高的尺寸公差，所以實行較少的機械加工即可匹配連結部 件。這是高度合乎需要的，因為CVD-SiC為硬且難以精密 加工的材料。通常至少要機械加工部件中構成接頭的部 份。接頭部份表面的凹凸面以及任何隆起都塗上燒結陶 瓷。此外，凹凸面及隆起會增加表面積而進一步加強接頭。 • 平均表面粗糙度Ra是在0.2微米至5微米之間。可在 2微米至50微米之間。 可使用任一用於測量表面粗經度的方法❶有一合適的 方法為自協方差函數（autocovariance function)。關於應用 自協方差函數來測定表面形貌（surface topography)的說 明’讀參考Kiely等人的“以掃描探針顯微鏡量化形貌結構 (Quantification of Topographic Structure by Scanning

Probe Microscopy)、真空科學及技術期刊 B(Journal. of Vac cum Science Technology B)，第 15 卷，第 4 號，1997 12 94250 136146.9 * 年 7/8 月，第 1483-1493 頁）。在 Standard ASME B46.1-2002 ·. 的表面紋理（表面粗糙度，波度及舖設）（Surface . texture(Surface Roughness, Wavines and Lav))(美國機械工 . 程師協會，2003年）中有進一步提供粗糙度參數的說明以 ， 及測定該等參數的方法。通常是用原子力光譜儀（AFM)或 光學輪廓儀（optical profilometer)來測定表面特徵的定向 性表面形貌。 該等方法可用來連結兩個或更多個有不同大小及形狀 ® 的CVD-SiC物件。此類形狀包含（但不受限於）：柱狀、棒 狀、圓柱狀、板狀、片狀、薄膜狀、方棒狀、平板狀、錐 形、截頂錐形（frustaconical shaped)、金字塔形、以及長斜 方形（rhomboid shaped)。不只可在形狀相同的部件之間進 行連結，也可在形狀不同的部件之間進行。 可用來形成物件之接頭的陶瓷材料包含使得想要接頭 強度及尺寸公差成為有可能的陶瓷。此類陶瓷材料包含（但 φ 不受限於）：碳化矽、氮化矽、各種氧化物以及該等各種氧 化物的混合物，這包含該等各種氧化物與碳化石夕的混合 物。此類氧化物包含（但不受限於）：紹、鎳、_、鋇、鋅、 經、钻、編、飾、銘·、録、鐵、紀、组、鎢、錄、J弓、絲、 錫、猛、鎂、錯、鈦、錯、錕、以及石夕的氧化物。 其他合適的陶瓷包含（但不受限於）原礦材料（raw mineral material)。此類原礦材料包含（但不受限於）：葉岩 (shale)、粗陶（stoneware)、黏土（clay)、鐵裳土（bauxite)、 藍晶石（kyanite)、膨潤土（bentonite)、高嶺土（kaolin)、葉 13 94250 1361469 .臘石（Pyrophilite)、滑石、長石（feMspar)、霞石正長岩 (nepheline syenite)、石夕灰石（w〇iiast〇nite)、鐘輝石 .(spodumene) '燧石（石英）、鍅石（zirc〇n)、鍅酸鹽 ’ (ZlrC〇nate)、以及堇青石（corderite)。可使用該等原礦材料 -的混合物。該等原礦可與陶瓷氧化物、氮化矽及碳化矽中 之一種或更多種混合。 該等陶瓷可以膏狀物、溶膠或漿料的形式施加於接 頭。可使用習知的貧狀物、溶膠及漿料以及製成彼等的習 知方法。所包含的該等陶竟為習知用量。該等陶瓷的含量 通常為組合物的20重量％至80重量％。 除了一種或更多種陶瓷以外，膏狀物、溶膠及漿料包 含一種或更多種組份的混合物，例如黏合劑、媒劑 (vehicle)、可塑劑（plasticizer)、分散劑（diSpersant)、燒結 助劑（sintering aid)以及各種本技藝所習知的加工助劑。各 種組份的含量為習知而且會隨著它是否為膏狀物、溶膠或 φ 漿料而有所不同。熟諳此藝者是熟知這些數量的。 黏合劑通常為有機。此類有機黏合劑包含（但不受限 方：）.腹、熱固性樹脂、樹膠（glim)、聚乙稀醇（polyvinyl alcohol)、聚醋酸乙稀酷（p〇iyVinyi acetate)、纖維素、聚二 曱基矽炫·（polycarbosilane)、聚乙二醇（polyethylene glycol)、熱塑性樹脂、以及彼等之混合物。此類黏合劑通 常為下列各物中之一種或更多種：曱基纖維素、聚醋酸乙 婦酯、丙烯酸系樹脂（acrylic resin)、及糊精（dextrin)。黏 合劑的含量可在0.5重量％至50重量％之間。 14 94250 1361469 分散劑是用來散佈及懸浮該等陶瓷材料。此類分散劑 ·- 包含（但不受限於）：聚丙烯酸（polyacrylic acid)、丙烯酸/ 馬來酸共聚物（acrylic/maleic acid copolymer)、十二烧基硫 . 酸鹽 （lauryl sulfate)、 十二烧基苯續酸鹽 (dodecylbenzenesulfonate)、焦構酸鹽（pyrophosphate)、以 及水溶性鹽類（例如，銨鹽與驗金屬鹽）。分散劑的含量通 常是在0.5重量％至1〇重量％之間。 可塑劑包含水溶及水不溶的可塑劑。此類可塑劑包含 ^ (但不受限於）：水、乙二醇、聚乙二醇、甘油、鄰苯二曱 酸二丁酯（dibutyl phthalate)、鄰笨二曱酸二甲酯（dimethyl phthalate)、以及彼等之混合物。可塑劑的含量通常是在工 重量％至1 5重量％之間。 燒結助劑通常包含許多用作黏合劑的有機化合物以及 其他習知的有機燒結助劑。其他的燒結助劑包含（但不受限 於）.無機化合物，例如碳化硼、氮化、氮化鋁 φ (A1N)、以及各種氧化物，例如氧化鎂、氧化鈽 (Ce02)、氧化鍅（Zr〇2)、氧化鉍（Be〇)、氧化釔、以 及氧化鑭（LkO3)。燒結助劑的含量通常是在·5重量％至ι〇 重量％之間。 媒劑包含水、有機溶劑以及彼等之混合物。此類有機 溶劑包含（但不受限於）：二甲基甲酿胺⑼㈣邮】 f〇rmamide)、甲氧乙醇（meth〇xyethan〇i)、醋酸、醇類、以 及-醇類/，媒劑通常為水性。該等組合物添加足量的 媒劑以使彼等有想要的體積及黏性。 94250 15 136146.9 、y用習知裝置來混合該等組份。可在室溫完成該等組 勺&或加熱至充分的溫度以使混合物中的組份均勻地 刀政且使各種組份更容易混合。該等陶究材料的使用形式 為粉末或顆粒而且可具有任何能形成均以句質之分散 粒徑。粒徑是吾等所習知的。粒徑的範圍通常是在0.05微 米至1000微米之間，或例如在】〇微米至卿微米之間， 或例如在25微米i 25G微米之間。與上述的其他組份一 樣，許多粒子是市上有售的或可用揭示於文獻的方法來製 成。 可用本技藝習知的任一適當方法塗上該膏狀物、溶膠 或聚料。通f是把彼等塗佈於在構成接頭的部件之間的空 間以及覆蓋該等部件的接頭部份。可用任何合適的工具來 ^用該陶£ ’例如刷子或壓舌板（spatula)。施加該陶究使 得可形f平滑的表面而在部件之間的空間中沒有任何間隙 而且復盍任何突出部份^額外的陶㈣料可塗佈並抹平任 何間隙。此類間隙會產生接頭的弱點而導致物件的部件在 處理及使用日了不對齊。兩個或更多個部件可用陶 t膏狀物、溶m料連結。接頭不相匹配的部份都會塗 上陶究材料。因此’與需要緊密公差的習知物件相反，該 手部件不需要相互接觸。因此，不需要緊密的尺寸公差。 '、旬瓷後，在至溫乾燥以形成乾組合物。然後， :砂紙磨成平滑的轉折面。可用任何習知方法來完成砂 :°可使用習知等級的砂紙或任何電動砂磨工具。可使用 <上不同粒度(grit)的金剛石車刀(diamond tool)。 94250 16 銎知的治具在施加陶瓷 多個部件。料部件 以料及對齊兩個或更 保持及對齊成使得在婷社接商德 取關鍵對準的τρ保持在3 于在粍…接頭後 鍵對準的ΤΡ通常是在】5毫乎Υ更小’亦即大於〇。最闕 在…1毫米之間:二至二毫米之間，尺寸… 上端板及軌道至下端板的τρ。“直式晶舟’最關鍵對準是 式清洗二s η # s + 、。至於其他的物件（例如，濕 直度以及棒體的相互平行尺寸為棒體與背板的垂 物件"。此類方法包度含= ，義哭(•自:座標測量機 .n 儀°°U自法如科技公司）、雷射追蹤掃 洛儀Gase"咖㈣、或其他習知的三維測量技術。 抑知IIί技勢f知的任一適當方法來完成燒結。可使用 :目°、 〉 °一般而言，在施加陶究於接頭後，仍固定於 =、的物件是放在燒結爐管中。爐管會加熱到15崎至 00 °的溫度。燒結的完成時間為30分鐘至24小時。燒 :可驅散包3陶竟之膏狀物、溶膠或聚料的任何水分而且 石厌化任何有機黏合劑以及其他有機材料以凝固接頭。其他 :用於^/成接頭的燒結方法之例子包含（但不受限於）：揭 不於美國專利第4,351787號、美國專利第6,〇65,615號（核 t給Datta等人，標題為「以#潑碳允娜來燒,结奈求，結晶“ 碳允梦」（Sintering ofnan〇 crystalHne “ silicon carbide by doping Wlth boron carbide)，材料科學公報（Bull Mater.

Sci·) ’第25卷’第3號’ 2〇〇2年6月，第m_189頁）、 乂及Zhou專人的「厉稀土氧允物添加物敏密化之禮化夕 94250 136146.9 的熱傳導性」（Thermal Conductivity of silicon carbide densified with rare-earth oxide additives)(歐洲陶竟協會學 報 24 (2004) 265-270)的方法。 與許多由CVD-SiC或本技藝所習知之其他類型yc掣 成的習知SiC接頭相比’黏合兩個或更多cvD-SiC部件的 k結陶免接頭有改良的強度及穩定性。與許多習知物件的 TP相比，物件的TP保持在更加狹窄的可接受範圍内。因 此，可減少大的對準誤差的可能性。這可防止在接頭中形 成會使接頭變弱的間隙，而且可減少在以嚴苛條件處理及 使用時損傷物件的可能性。此外，由於τρ範圍保持在3 毫米或更小，可避免在製造期間精確地維持+/_ 0 01至0 05 亳米之尺寸公差的困難。 現品要’至少可在接頭上 I ν ，不過整 個物件也可覆蓋-層CVD_Sic。塗層的厚度範圍可在〇5 毫，至3毫米之間。該㈣抓塗層的厚度範圍通常是在 米之間。可用本技藝習知用於沉積⑽聊 方法來施加該㈣挪塗層。在美國專利第 ，54 580號與第5,374,4】2號中有揭示此類方法的例子。 在施加CVD-SiC塗層後，細微機械加 可用來抹平及去除物件表面上的任何不上要粗 二刀。該細微機械加工不會顯著改變物件的 要擺正物件的細微修正以提供想要的TP。 而 可用。亥等方法製成的物件類型包含心 舟、用於濕式清洗台清洗的曰 —文限於）：晶 月先的日曰®载具、用於半導體處理室、 94250 1301469 光學望遂鏡結構、光學平台以及裝卸時用來夾住晶圓之端 點操控器的器具。

。。第卜2及3圖顯示晶舟的一個具體實施例，其係由數 =早石CVD-SiC部件構成用來夾住多個半導體晶圓供半 導體晶圓加工用。晶舟1〇〇包含多支棒體112>，彼等係插 入在端板114旁邊㈣口。棒體均用燒結陶变接頭116 固定於端板114。圖示於第卜2及3圖的燒結陶瓷接頭ιΐ6 均為封閉接頭。該等端板包含位在他們中央的孔洞ιΐ8、 m用來在半導體晶圓加工期間讓氣體通過。燒結陶竞接 頭116在端板與棒體接合處形成凹形圓角半徑圓角半 控r有3個表面i 22。燒結陶£接頭i i 6有2毫米的⑽-沉 塗層。棒體⑴包含多個牙齒124以及與牙齒124交錯之 用於夾持半導體晶圓的凹槽126。 第卜2及3圖揭示晶舟之一種具體實施例。晶舟不^ 限於揭示於附圖的具體實施例。牙齒及凹槽的數目與尺1 可改變。習知的機械加工技術可用來改變牙齒及凹槽的達 '、寸此外孔洞疋視需要的，而且棒體的數目可# 支之間。00舟可具有在端板與棒體接合處不形启 圓角半徑的接頭。 第4圖顯示晶舟中之開口接頭的具體實施例。開口接 頭200包含有4個表面2〇4(附圖只顯示兩面)的矩形棒體 跡棒體202插人端板㈣口鳩使得其不會盘接口 的面21〇接觸。棒體在^内的部份有⑽微米至 .5微米的Ra。當接頭完成日夺，用燒結陶究材料（未圖 94250 1361469 拴封開口接頭200。該接頭可塗上一層CVD_Sic以進一步 提供強度及耐久性於該接頭，。 ，第5圖顯示晶舟之另一種開口接頭的具體實施例。開 口接頭300包含有4個表面3〇4(附圖只顯示兩面）的矩形棒 體302矩升/棒體302有基部306。基部306包含兩個在基 部之相對側的凹形溝隙（concave fissure)308。凹形溝隙3〇8 係沿著基部長度延伸且與矩形棒體的長度垂直。溝隙 各在矩形棒體之基部3〇6的底部的平面3〇9結尾。該矩形 棒體h插入端板312旁邊的接口 31〇。矩形棒體搬係插 入該接口而使其不會碰到接口 3U)的3個侧面314。這3 側面314各有3個鄰接的表面3 1 6。該等凹形溝隙以及 接口側面的3個表面可增加接頭的表面積，從而在接口填 滿燒結陶竟材料以形成完成的封閉接頭後可增加接頭的強 度。假想線318係圖示開口接頭3 〇 0中填入陶究材料的地 方。視需要’矩形棒體在接頭内的部份與接口的側面可旦 有微米至〇·5微米的表面粗链度心。 - 苐6圖顯示晶矣少里 ^ _ 丹之另一種開口接頭的具體實施例。開 口接頭400包含有彳個本品^ # 4η? ^ ^有4個表面4〇4的矩形棒體402。矩形棒 — 、土口Ρ 4〇6包含兩個在矩形棒體402之相對側上的 楔形溝隙408。各楔形、、盖蚣丄 子日耵惻上的 禊形溝隙408延伸成有基部406的長废 而且與矩形棒體4〇2的 .〕長度垂直。各楔形溝隙包含兩個對 立的表面，即上表而· 4 7 Λ # 與下表面412。各表面是在楔形 #隙的開口對面的妓回 其却流 同父界414處連結。下表© 412各在 基部406之底部側面的表 〕表面416結尾。該矩形棒體係插入 94250 20 136146,9 、板似的接口 418而使其不會與端板之接口的”固側面 422接觸。側面422各有3個鄰接的表自以。該開口接頭 會填滿陶㈣料的纽物、溶膠輕料，且^乾燥並燒 結以固^該等接頭組件1等楔形溝隙以及界定接口之側 面的表面可增加要塗上陶£材料以增加接頭強度的表面 積。視需要’可把構成接頭的部份機械加工成有⑽微米

至〇.5微米的粗链度’這可進—步加強接頭。該接頭可塗 上一層 CVD-SiC。 ，第7圖為封閉接頭的橫截面圖。封閉接頭包含有 楱形溝隙504的圓形棒體502，該楔形溝隙5〇4有3個表 面：上表面506、T表面508以及在上、下表面會合處的 表面51 〇 s亥楔形溝隙係圍住該棒體。該楔形溝隙使棒 體的主要部份與基部512隔開。圓形棒體5〇2係插入'在端 板514旁邊的接口。該棒體不會與接口的側面接觸。該接 用它的3個側面516(第7圖圖示出其中兩個)來界定。 忒等側面各有3個鄰接的表面5! 8。在棒體與接口側面之 間的空間會填滿燒結陶瓷520。整個接頭以及棒體和端板 都塗上一層CVD_sic 322。在端板與棒體接合處形成圓角 徑r。視需要’可將棒體在接頭内的部份與接口的側面 钱械加工成可提供0.05微米至0.5微米的粗縫度。 第8圖顯示封閉接頭的另一種具體實施例。在如第9 圖所不的濕式清洗台載具或提升器中可發現此一類型的接 =。封閉接頭600包含扁平棒體6〇2，其係包含在扁平棒 肢602基部606附近的接口 6〇4以及兩個在扁平棒體的2 94250 21 1361469 基2 606的矩形溝隙608。扁平棒體6〇2係插入背板6i〇 的月板接口，而該背板接口與接口 6〇4及矩形溝隙6〇8都 填滿燒結陶曼612。視需要，可使該等構成接頭的部件變 粗糙成有想要的表面粗糙度Ra，且塗上一層cvD_Sic。 第9圖係顯示在半導體晶圓加工期間用於支撐半導體 晶圓的濕式清洗台載具或提升器則。背板702包含在背 Ϊ Π亡：：定位孔㈣—h〇le)704與7〇6 ’以用來安裝 加工期間移動該提升器進出化學溶液的 =二=、71°的一端用如第8圖所示之燒結陶曼 °月板702的基部。棒體708、710都包含多個交 錯的牙回712與用於支撐半導體β θ 又存牛涂體日日® (未圖示）的間隙 在背：體長度垂直的支擇軌道716固定於 體。 夕個端。該執道是用陶究接頭連結至該等棒 今等2 =典型的具體實施例來描述該等物件及接頭， »亥寺物件及接頭部件都不受限 含具有不同幾何之邱杜μ^ 小狀，而希望可包 形，也可為多邊/ ^的物件。例如，端板不只可為橢圓 H ’例如矩形及三角形。棰俨 2個或4個表面或呈_上 月办棒組不只可具有 表面。棒體通常Cl::也可具有2個或3個或更多個 界定接口的側面希望^入此外，棒體的基部表面與端板 表面積以及進一步固在填充燒結陶竞材料時能增加 ’口疋接頭的任何隆起。 如在描述第1至7 板彼此之間的TP。$ ®提及晶舟的最關鍵對準問題是端 方、提升益，如在描述第8及9圖時提 94250 22 1361469 及的，關鍵尺寸為棒體與背板的垂直度以及棒體的相互平 -仃度。該TI>通常為2毫米或更小，而尺寸公差為+/_ 〇.5 至1 米。例如’ ^晶舟為垂直式晶舟時’使用Far〇ArmTM 儀器來測量上端板相對於由下端板所產生之中心線的位置 可測定該TP。該儀器容許接觸晶舟的不同位置，而且是以 空間的不動點（參考點）為準來算出該等不同位置的空間座 才示。測量下板的與下板表面以測定貫穿下板中心點且 鲁與下板表面垂直的中心線。然後，測量上板的〇D以及測 疋匕相對於此一中心線的中心位置。然後，以上板偏離中 心線的距離乘上2來算出該TP。水平式晶舟（h〇riz〇ntal boat)是用與垂直式晶舟相同的程序來測量。水平式晶舟是 以垂直位置安置’而使用FaroArm™儀器來測量上端板相 對於由下端板所產生之中心線的位置可測定該Tp。 以下的實施例會進一步圖解說明本發明而不是想要限 制本發明的範疇。 • 實施例1「比鲂、 製備3種類型的接頭，以使用用來測試接頭強度的標 準測試法來測試它們的強度。有兩種類型的接頭包含圓形 CVD-SiC端板與用於插入各端板之側邊接口的對應矩形 CVD-SiC棒體。第三種類型的接頭係由圓形燒結碳化石夕端 板與用於插入端板之側邊接口的對應矩形燒結碳化石夕棒體 構成。由習知CVD_SiC方法製成以及由羅門哈斯公司的先 進材料部門（美國麻洲，Woburn市）取得CVD-SiC端板及 棒體。藉由習知燒結方法，將矽浸入燒結碳化石夕來製成該 94250 23 1361469 等燒結碳化矽端板及棒體。 把CVD-SiC棒體插入CVD-SiC端板的接口以形成習 知的陽陰型接頭來形成第一種類型的接頭。公差係經選定 為能讓棒體與接口的側間隙（side gap)落在0.01至0.05毫 米的範圍内。此間隙適於毛細管作用而將熔解矽推入側間 隙。 矽粉末是用來黏合接頭的組件。該粉末係購自莊信萬 豐（Johnson Mthy)(Asar)。少量的石夕粉末置於在端板底部的 ® 接口中並且將棒體插入接口。將該等組合件置於四箱成批 生產（four-box production run)之中的一個沉積箱。習知治 具把部件夾住一起。在氬氣環境中，樣本加熱到1360°C的 溫度。藉由使曱基三氯石夕烧（methyltrichlorosilane，MTS)、 氫氣及氬的混合物通過沉積區使碳化矽沉積於接頭上。沉 積參數列於以下的表1。碳化矽繼續沉積直到在接頭上形 成2毫米的塗層。 • 表1 製程參數 數量 爐管壓力 200托耳 沉積溫度 1360〇C 氫氣體流速 124 slpm 氬氣體流速 408 slpm MTS氣體流速 24.5 slpm 氣氣體分壓 44托耳 氬氣體分壓 147托耳 MTS分壓 9托耳 沉積速率 0.08宅米/小時 氫/MTS氣體流量比 5 24 94250 1361469 在石反化石夕的 >儿積元成後，提高沉積室的溫度至14 8 5 °c 以使矽熔解。使接頭保持於Ι485ΐ持續〇 5小時。然後， 讓沉積室冷卻並且由該室移出接頭。然後，以目視檢查所 有接頭的裂縫。目視結果顯示接頭都沒有裂縫或裂紋。使 用鑲220粒度金剛石之砂輪及工具來機械加工該等接頭以 形成粗化至0.5微米RMS的接頭。 用由75重量％碳化矽粉末、作為黏合劑的7重量％曱 基纖維素以及18重量％水混合而成的漿料來製備第二組 接頭。用粉聚洗鑄法（slip咖㈣使聚料在石膏模具中成 开v，然後切割成形的漿料以得到端板及棒體的坯體。在棒 體與端板接口接合處施加黏著劑，該黏著劑是由與製備接 頭部件相同的聚料製成。用習知治具完成接頭的組合。在 組合期間，尺寸公差保持在〇別至0.05毫米之間。缺後， 在治具中的接頭置於燒結爐管且以謂。〇燒6〇分鐘以得 到燒結^化碎接頭。 在燒結完成後，讓爐管冷卻且移出接頭並檢驗之。目 或裂縫。然後’用鑲220粒度金剛石之砂 "幾械接頊以形成粗化至G.5微米RMS的接頭。 以J三it接頭是藉由把CVD_SiC棒體插入CVD:SiC端 π以及;&n用鑲22G粒度金剛石之砂輪把棒體的基 及:，侧面機械加工而使得… 毫使該等部份對齊成尺寸公差是在^至0.5 1 纖維二用壓舌旦板塗佈由75重量%碳化石夕、7重量％甲 土'…、18重量％水組成的碳化石夕聚料於接頭。過量施 94250 25 丄 =接頭以填滿接頭組件之間的㈣並覆蓋棒體及端板構 "頭的。P伤。使在接頭四周的聚料變平滑以形成圓角半 =。讓該㈣在室溫中乾燥，然後，用砂紙磨乾組合物以 使接頭有平滑的轉折面。 將仍在治具之中的接頭置於燒結爐管内。以2000Ϊ用 24小時完成燒結。然後’讓爐管冷卻且由爐管移出接頭。 在接頭中沒有觀察到裂縫或裂紋。 然後’安置GraphoilTM遮罩（石墨薄片）於棒體及端板 一’然^使接頭露出n將接頭置於沉積室内並塗 ^ 一層2毫米厚的CVD_Sic。沉積條件及反應物係揭示於 在該至冷卻後，移出接頭以及使用鑲粒度金剛 石之砂輪把接頭上的CVD_Sic塗層機械加工成〇.5微米的 KJVtS 〇 W後，把這三種類型的接頭放入標準的Instron 曰eehanical Tester™以測試接頭在破裂前可忍受的負荷 =。將各接頭的端板固^於治具以夾住有棒體由治具水平

^出的，板使得㈣板轉體有負荷（力）施加之點的距離 ”、2.5英吋（6.3公分）。然後，把Instr〇nTest^TM 2員。卩（負荷傳感态）設定成可以0.02英吋/分鐘（〇〇5公分/ 分鐘）的速度移動壓低棒體部份。以磅計的負荷值及負載率 (英吋/分鐘）記錄於習知的記錄儀（chart rec〇rder)以及在記 錄儀上識別接頭折斷點且用來測定使棒體折斷的負荷 (力）。 結果顯示平均用燒結碳化矽連結部件的CvD_Sic塗 94250 26 1361469 層接頭有比用熔解矽連結的CVD-SiC塗層接頭高出35% 的強度，且有比完全由燒結碳化矽構成的接頭高出2〇%以 上的強度。因此，用燒結碳化矽連結CVD_Sic部件的 CVD-SiC塗層接頭有優於習知接頭的改良強度。 實施例2(比齡） 由CVD-SiC製備3種類型的晶舟以比較彼等的丁p， 彼等是用連結部件之接頭的類型區分。於化學氣相沉積爐 管t，以沉積碳化矽於有適當形狀及大小的石墨心軸上來 製備該等CVD-SiC部件。使用的反應組份及參數揭示於 2。 ' 表2 製程參數_

沉積速率 _ 虱/MTS氣體流量比 〇. 〇 8毫米/小時 在部件形成於心軸上後，移出彼等以及用22g粒度金 剛石工具機械加工以去除於沉積期間形成的任何不^ 糙表面以及使該等部件成形。然。、 0 A 使、'且裝遠寺部件以形成 各有不同類型之接頭組合的晶舟。各個晶舟包含3支 94250 27 1361469 在匕們的相對端與端板連結的矩形棒體。在習知治具中組 裝所有的晶舟以使彼等的部件適當對齊成有想要的尺寸公 差。 第一類型的晶舟具有楔形接頭以使棒體固定於端板。 各棒體的末端有斜面且插入端板的矩形接口。在端板的相 對側插上CVD-SiC楔形物（其係與棒體的斜面末端互補）以 使棒體固定於端板。在組合後，觀察所有接頭在棒體與端 板之間是否有小間隙。 第二類型的晶舟具有插入互補接口的棒體末端，而接 口在端板旁邊有開口。棒體均CVD_Sic插銷插入與棒 ^長度垂直之棒體鑽孔來固定於端板。端板的互補鑽孔使 得，銷可穿過棒體的鑽孔然後進人端板本身以使棒體固定 於端板。在組合後’觀察所有接頭在棒體與端板之間是 有小間隙。

观主叼日日丹具有放入端板側邊不互補接口的棒體 末端。如同其他兩種類型的接頭，該等部件不套在一 使棒體與接π的側面接觸。在棒體與端板側面之間 空間。藉由塗佈過量的75重量％碳切粉末、7重量 基纖維素及18重量％水之㈣來使部相定於接頭。款。 接頭塗有㈣料，然:後使其平滑以形成接頭的圓角半二 讓該_室溫中乾燥，然後用砂紙磨成有平滑的㈣ 面 '然後’晶舟放人燒結爐管的治具並以2嶋。c声 時。在爐管冷卻後’移出該晶舟。觀察任一個用燒：化、 矽固定的接頭都沒有裂紋、裂縫或間隙。 94250 28 1361469 對於所有3種類型的晶舟’使用習知Faro Arm™三維 ‘測1技術測定其中端板對於彼此的TP。在測量過程中，各 曰曰舟是以垂直式晶舟來處理。測量上端板相對於由下端板 產生之中心線的位置。測量下端板的〇D與下端板表面以 '!疋貝穿下if而板中心點且與下端板表面垂直的中心線。然 後，測定上端板0D以及測定它相對於此一中心線的中心 位置。測定楔形接頭式晶舟的TP等於5.10毫米，晶舟與 籲插銷接頭的TP為3.06亳米，而晶舟與燒結接頭的丁p為 2.27宅米。結果顯示燒結接頭比插銷接頭強，而比楔 形接頭強125%。 -此外，於燒結接頭未觀察到那些如同楔形接頭及插銷 接頭所出現的裂縫、裂紋、或間隙。在楔形接頭、插銷接 頭的接合處中有觀察到間隙，這使得棒體可端板相對移動 而導致aa舟傾斜或導致端板在不同的中心線上。接著，這 會不合意地增加晶舟的TP’如以上的結果所示。此外，間 籲隙曰在女裝、處理及加熱期間因棒體及端板的膨服而導致 不對準反之’用燒結接頭的晶舟不會有間隙。因此，有 更佳的TP而且可減少不對準的可能性。 【圖式簡單說明】 第1圖係具有執道用燒結陶究固定於端板的化學氣相 沉積之碳化矽晶舟的透視圖； 第Μ係化學氣相沉積之碳切晶舟的端板與由燒結 陶兗固疋於遠端板的執道的示意圖，其顯示軌道的牙齒與 94250 29 1361469 . 第3圖顯示具有圓角半徑之接頭的前視圖； ‘ 第4圖顯示開口接頭（open joint)及插入端板的接口的 矩形棒體； 弟 因·"'員示開口接頭及在基部有溝隙（fissure)的棒體 與在它的每個側面上都有3個表面的端板； .第6圖顯示另一種開口接頭及有楔形溝隙（wedge fissure)的棒體與在它的每個側面上都有3個表面的端板； φ 第7圖為封閉接頭（closed joint)的橫截面圖，其顯示 陶瓷黏合劑（ceramic binder)以及CVD-SiC塗層； 第8圖為顯示另一種封閉接頭的具體實施例以及陶瓷 黏合劑在接頭中的位置的前視圖；以及， 第9圖為用於夾住數個半導體晶圓的提升器（nfter)的 透視圖。 【主要元件符號說明】 100 晶舟 112、708、710 棒體 φ 114、208、312、420、514 端板 116 燒結陶瓷接頭 118、120 孔洞 122、204、304、316、404、416、424、518 表面 124、712 牙齒 126 凹槽 200、300、400 開 口接頭 202、302、402 矩形棒體 206、310、418、604 接口 2 10、3 14 ' 422、5 16 側面 306、406、512、606 基部 94250 30 1361469 308 凹形溝隙 318 假想線 322 CVD-SiC 408、 504 楔形溝隙 410、 506 上表面 412、 508 下表面 414 共同交界 500 ' 600 封閉接頭 502 圓形棒體 510 側表面 520 > 612 燒結陶瓷 602 扁平棒體 608 矩形溝隙 610 ' 702 背板 700 濕式清洗台載具或提升器 704、 706 定位孔 714 間隙 716 支撐執道 r 圓角半徑 Ra 表面粗梭度 31 94250

Claims (1)

1301469 十、申請專利範圍·· •種：：至少兩個化學氣相沉積之碳化矽部件之物 燒結陶二=化學氣相沉積之碳切部件係用 2. 圍第1項的物件，其中，至少該燒結陶究 塗有化千氣相沉積之碳化石夕層。 3. 如：請專利範圍第2項的物件，其中，該化學氣相沉積 之石厌化矽塗層有〇 5至3亳米厚。 支棒體之物件，其中，該等棒體的相對端均 用k結陶瓷連結至各自的端板， 為化學氣相沉積之碳化石夕。等棒體與该等端板均 5. ^申請專利範圍第4項的物件，其巾，至少 塗有化學氣相沉積之碳化矽層。 、、陶是 ㈣㈣第4項的㈣，其卜該等端板對於彼 此的真位置為2毫米或更小。 做 7. -種包含多支棒體之物件，其中，該等棒 ㈣ 頭連結至背板的基部，該等棒體的 燒結陶竞接頭來連結至支樓軌道，該等棒 该背板以及該切軌道均為化學氣相沉積之碳化 :種連結化學氣相沉積之碳化石夕部件之方法其係包 a)提供包含一種或更多種陶咨 W施加包含該一種或更多種=:=溶膠_，· 裡闹无之該霄狀物、溶膠或 94250修正版 32 8. 1361469 . _ . 第97106418號專利申請案 100年11月24曰修正替換頁 ^ 漿料於兩個化學氣相沉積之碳化矽部件以連結該等 -- 部件； 、 C)乾燥該膏狀物、溶膠或漿料以形成環繞該兩個化學 氣相沉積之碳化矽部件且包含該一種或更多種陶瓷 的乾組合物；以及， d)燒結環繞該兩個化學氣相沉積之碳化矽部件且包含 該一種或更多種陶瓷的該乾組合物以形成燒結陶瓷 接頭。 ® 9.如申請專利範圍第8項的方法，其中，該一種或更多種 陶瓷係包含碳化矽、金屬氧化物、以及原礦材料。 10.如申請專利範圍第8項的方法，其更包含下列步驟：沉 積化學氣相沉積之碳化矽於至少該燒結陶瓷接頭。

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